книги / Сварочные агрегаты

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРОЧНЫХ АГРЕГАТАХ

ИИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Сварочный агрегат (СА) - комплекс, состоящий из сварочного генератора (СГ) и приводного двигателя, приспособленный для пе­ ремещения на необходимые расстояния с сохранением постоянной готовности к быстрому вводу в работу для осуществления дуговой сварки.

Сварочные агрегаты являются одной из разновидностей, источ­ ников питания сварочной дуги. Основной особенностью СА по срав­ нению с остальными источниками питания является то, что эти агре­ гаты служат первичными источниками электропитания, преобра­ зующими энергию сгорания топлива двигателя в электрическую энергию. Все остальные сварочные источники питания (сварочные трансформаторы, преобразователи, выпрямители) являются вторич­ ными источниками электропитания, получающими электрическую энергию из сети переменного тока и преобразующими ее по току и напряжению до значений, необходимых для питания сварочной дуги.

Отсюда ясно, что уникальность сварочных агрегатов состоит в том, что это единственные источники автономного действия, не свя­ занные с электрической сетью. Только с помощью СА можно осуще­ ствлять дуговую сварку в полевых и монтажных условиях, при от­ сутствии электрических энергосистем. Однако в СА может исполь­ зоваться не только двигатель внутреннего сгорания, но и электро­ двигатель. СА с электродвигателями не являются первичными ис­ точниками тока, т.к. для их работы требуется силовая электрическая цепь. В данном пособии такие СА не рассматриваются, но их марки и технические характеристики приведены для полноты ориентации в парке СА.

В связи с бурным развитием полупроводниковой техники в со­ временных условиях сварочные выпрямители по техническим и эко­ номическим показателям превосходят генераторы постоянного тока, являющиеся составной частью СА. Тем не менее, учитывая, что СА еще долго будут единственными первичными источниками питания дуги, их выпуск не будет прекращен в обозримом будущем. Отме­ тим, что первая сварочная дуга в 1881 г была запитана от первично­ го источника питания, разработанного Н.Н. Бенордосом, в виде ак­ кумуляторной батареи, которая заряжалась 8 часов от маломощного генератора с приводом от парового локомобиля. Если ученым удаст­

ся создать миниатюрные и энергоемкие аккумуляторы, то только они станут конкурентами СА.

СА являются, по существу, передвижными электростанциями узкоспециального назначения - для сварки.

Существующие СА отличаются многообразием конструктивных исполнений. Это многообразие вызвано следующими причинами:

-непрерывным совершенствованием конструкций двигателей и генераторов, улучшением их технических характеристик;

-повышением эксплуатационных качеств СА и улучшением ус­ ловий их эксплуатации;

-применением более совершенных средств запуска двигателей

изащиты электрооборудования;

-автоматизацией процессов обслуживания и контроля заданных рабочих параметров и режимов сварки;

-улучшением условий и способов транспортировки СА;

-необходимостью источников питания, разнообразных по зна­ чениям параметров тока, напряжения и форме внешних вольтамперных характеристик.

Весь парк СА можно условно классифицировать по нескольким признакам:

- по типу первичного двигателя на агрегаты с бензиновыми и дизельными двигателями;

по способу охлаждения двигателя с воздушным и жидкост­ ными охлаждением;

по типу сварочного генератора - на коллекторные и вентиль­ ные или бесколлекторные;

по числу сварочных постов на однопостовые и многопосто­

вые;

-по роду тока - с переменным и постоянным током;

-по способу установки - стационарные и передвижные;

-по способу размещения СА - в капоте, открыто в автомашине,

взакрытом кузове.

Все выпускаемые в настоящее время СА с коллекторными гене­ раторами комплектуются генераторами с самовозбуждением и по­ следовательной размагничивающей обмоткой. До 60-х годов в СА использовались также коллекторные генераторы независимого воз­ буждения с последовательной размагничивающей обмоткой и раз­ личные модификации генераторов с расщепленными полюсами. Не­ смотря на то, что их в настоящее время промышленность не выпус­

кает, в данном пособии эти схемы будут рассмотрены, т.к. СА с эти­

ми генераторами очень широко эксплуатируются.

Требования к СА сформулированы в ГОСТ 2402-82 «Агрегаты для дуговой сварки с двигателями внутреннего сгорания. Техниче­ ские условия». Основным параметром СА является номинальное значение сварочного тока. Стандартный ряд номинальных значений токов СА: 125; 160; 250; 315; 400; 500 А, но сейчас СА выпускаются только на номинальный ток 250; 315; 400; 500 А. СА приспособлены для эксплуатации на открытом воздухе в условиях воздействия раз­ личных климатических факторов и в любое время года. В основном СА эксплуатируют эпизодически, стараются своевременно прово­ дить профилактические осмотры и ремонт, поэтому при правильной эксплуатации они работают не один десяток лет. Недостатком их яв­ ляется сложность обслуживания: сварщику, работающему на СА, не­ обходимо быть и электриком, и квалифицированным механиком.

СА состоит из первичного двигателя внутреннего сгорания, сварочного генератора, пульта управления с контрольно­ измерительными приборами, реостата для регулирования сварочного тока, автоматического регулятора скорости вращения вала, топлив­ ного бака, аккумуляторной батареи (на бензоэлектрических СА) или пускового двигателя (на дизельгенераторных СА), рамы агрегата ме­ таллического капота для защиты от пыли и осадков. Кроме того, СА комплектуется запасными частями, инструментом и принадлежно­ стями (ЗИП), сварочными кабелями и необходимым запасом свароч­ ных материалов, а также средствами пожаротушения. Аккумулятор­ ная батарея на карбюраторных (бензиновых) двигателях служит для стартерного пуска двигателя, а для запуска дизеля необходим пуско­ вой двигатель.

Автоматический регулятор скорости вращения вала поддержи­ вает постоянную частоту вращения приводного двигателя независи­ мо от значения сварочного тока. Без регулятора скорость вращения вала двигателя при коротких замыканиях дугового промежутка будет падать и соответственно будет снижаться ЭДС в витках якоря.

При снижении ЭДС в витках якоря и на выходных клеммах ге­ нератора затрудняется возбуждение дуги при отведении электрода от изделия и тем самым уменьшается устойчивость и стабильность го­ рения дуги.

2.ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ СА - ГЕНЕРАТОРЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

2.1.Коллекторные генераторы

2.1.1.Принцип действия и работа генератора самовозбуждения с последовательной размагничивающей обмоткой (ПРО)

Основным узлом СА является генератор. Коллекторные генера­ торы в современных СА выполнены в виде генераторов самовозбуж­ дения с параллельной намагничивающей и последовательной раз­ магничивающей обмотками возбуждения с крутопадающими внеш­ ними характеристиками.

Особенностью сварочного агрегата с самовозбуждением, по сравнению с аналогичным силовым, является то, что параллельную обмотку возбуждения нельзя подключать к щеткам силовой свароч­ ной цепи, т.е. ко всем виткам обмотки якоря. Это связано с тем, что для нормальной работы любого генератора, в том числе и с самовоз­ буждением, необходимо, чтобы ток возбуждения, а соответственно и магнитный поток, был при любой нагрузке неизменным. При жест­ кой внешней характеристике генератора это условие соблюдается автоматически, если не меняется сопротивление в цепи обмотки воз­ буждения. При падающих внешних характеристиках с увеличением тока нагрузки (сварки) ЭДС на щетках уменьшается и, соответствен­ но, снижаются ток возбуждения, поток возбуждения, ЭДС якоря и нарушается процесс сварки ввиду недостаточности напряжения на дуге. Для поддержания необходимого постоянства тока и потока об­ мотки возбуждения ее подключают не ко всему якорю генератора, а только к одной его половине. Для такого подключения кроме сило­ вых щеток, питающих силовую (сварочную) цепь и называемых главными щетками, необходимо иметь третью щетку - дополнитель­ ную, располагаемую на коллекторе между главными. При таком под­ ключении обмотки возбуждения между главной и дополнительной щеткой создаются неизменные ЭДС, ток возбуждения и магнитный поток в зазоре между.полюсом и якорем.

Прежде чем уяснить, за счет чего это происходит, рассмотрим принцип действия генератора самовозбуждения при холостом ходе, агрузке и коротком замыкании.

На рис. 2.1 представлена принципиальная электрическая схема генератора самовозбуждения с параллельной намагничивающей об­ моткой (НО) и последовательной размагничивающей обмоткой (ПРО).

Рис. 2.1. Принципиальная схема сварочного коллекторного гене­ ратора с параллельной намагни­ чивающей (НО) и последова­ тельной размагничивающей (TIP) обмотками; Фн и Фр - намагни­ чивающий и размагничивающий потоки; R - регулятор; /„ -то к в цепи намагничивающей обмотки

/о - ток дуги; а,Ь,с- щетки

Из теории генераторов известно, что ЭДС, индуцированная в витках якоря (она условно не показана на принципиальной схеме, но помнить о ней необходимо), пропорциональна магнитному потоку

где Фц магнитный поток в воздушном зазоре между якорем и по­ люсом;

с- постоянная генератора.

с. е и - И ,

60 А

где р - число пар полюсов; п - скорость вращения якоря, об/мин;

N - число активных проводников обмотки якоря; А - число пар параллельных цепей обмотки якоря.

Из выражения (2.1) следует, что для создания ЭДС необходимо иметь поток, а из рис. 2.1 видно, что поток появляется от тока воз­ буждения /„,а ток /„ возникает только при наличии напряжения меж­ ду щетками ас\ следовательно, при наличии Ег существует противо­ речие: Е не может быть без Ф, а Ф не может быть без Н. В генерато-

pax независимого возбуждения, у которых НО питается от посторон­

него источника питания, это противоречие отсутствует, т.к. ЭДС бе­ рется от другого источника, она порождает в НО ток и поток, кото­ рый затем индуктирует Ег в витках якоря. В генераторе самовозбужсния это противоречие устраняется тем, что здесь первичным явля­ ется поток, но не Фц, а поток остаточного магнетизма Ф0 в полюсах статора от предыдущей работы генератора. В новом генераторе на заводе-изготовителе или в размагниченном генераторе при непра­ вильной его эксплуатации необходимо НО запитать от постороннего маломощного источника (аккумулятор, выпрямитель) для создания Ф. Поток Фо гораздо меньше Фц, но он обязательно должен быть больше нуля и его направление должно совпадать с направлением Ф„ - потока НО. Это условие сохраняется при вращении якоря толь­ ко в Одном направлении и легко реализуется в двигателях внутрен­

него сгорания, коленчатый вал которых не реверсируется.

Для возбуждения генератора достаточно запустить первичный двигатель, коленчатый вал которого через муфту начинает вращать якорь генератора. Под действием Ф0 в витках якоря, пересекающих его, индуктируется малая ЭДС. Поскольку цепь НО всегда замкнута, то в цепи возбуждения появляется малый ток малый поток Ф„, ко­ торый складывается с потоком Ф0, и результирующий поток увели­ чивается, возрастает Ег, Фн и так до тех пор, пока в магнитной системе генератора не наступит режим, близкий к насыщению. Если при этом сварочная цепь разомкнута, т.е. имеет место режим холо­

нии дуги или когда выходная цепь замыкается через какое-то сопро­ тивление нагрузки, в выходной цепи появляется ток. Этот ток, про­ ходя по виткам ПРО, создает поток Фр, направление которого проти­ воположно потоку Ф„. Тогда

якоря, и по виткам ПРО, число витков ПРО и магнитное сопротивление на пути Фр.

Рис. 2.2. Внешние характери­ стики сварочного генератора ГСО-ЗОО при выведенном (кр. 1,2) и введенном (кр.

сбегает с полюса и действует сргласно с Ф„, т.е. вниз (условно со знаком +), а в левой половине набегает на полюс и действует встречно потоку Ф„, т.е. вверх (условно со знаком ). Если выпол­ нить условие, что потоки Ф„ и Фр равны между собой, то в правой половине полюса они взаимно сократятся и останется один поток Ф,г = const, а соответственно и Еас = const и не зависит от величины то­ ка, т.к. и Фя>и Фр формируются одним и тем же током дуги и при любых его значениях будут взаимно уничтожаться в правой полови­ не полюса. В левой половине полюса они действуют согласно между собой и встречно потоку Ф„, поэтому с увеличением сварочного тока результирующий поток резко падает и даже меняет свой знак на об­ ратный, т.е. левая часть сердечника перемагничивается и ЕсЬ резко падает и меняет свой знак. При коротком замыкании Еаь и ЕсЬ становятся одинаковыми, но с обратными знаками, и суммарное напряжение на дуге равняется нулю. Таким образом, при холостом ходе поток Фн распределяется одинаково в левой и правой части сердечника, т.е.

Суммарная ЭДС в якоре генератора